Vi præsenterer raffinerede protokoller, der tillader in vivo monitorering af motorenheden funktion i mus. Teknikker til måling forbindelse muskel aktionspotentiale (CMAP) og motorenhed nummer estimation (Mune) i musebagbenet muskler innerveres af iskiasnerven beskrives.
Compound muscle action potential (CMAP) and motor unit number estimation (MUNE) are electrophysiological techniques that can be used to monitor the functional status of a motor unit pool in vivo. These measures can provide insight into the normal development and degeneration of the neuromuscular system. These measures have clear translational potential because they are routinely applied in diagnostic and clinical human studies. We present electrophysiological techniques similar to those employed in humans to allow recordings of mouse sciatic nerve function. The CMAP response represents the electrophysiological output from a muscle or group of muscles following supramaximal stimulation of a peripheral nerve. MUNE is an electrophysiological technique that is based on modifications of the CMAP response. MUNE is a calculated value that represents the estimated number of motor neurons or axons (motor control input) supplying the muscle or group of muscles being tested. We present methods for recording CMAP responses from the proximal leg muscles using surface recording electrodes following the stimulation of the sciatic nerve in mice. An incremental MUNE technique is described using submaximal stimuli to determine the average single motor unit potential (SMUP) size. MUNE is calculated by dividing the CMAP amplitude (peak-to-peak) by the SMUP amplitude (peak-to-peak). These electrophysiological techniques allow repeated measures in both neonatal and adult mice in such a manner that facilitates rapid analysis and data collection while reducing the number of animals required for experimental testing. Furthermore, these measures are similar to those recorded in human studies allowing more direct comparisons.
Motorenhed nummer estimering (Mune) blev oprindeligt beskrevet af McComas et al. over tre årtier siden 1. Den oprindelige teknik var en modifikation af forbindelsen muskel handling potentiale (CMAP) optagelse teknik, der beskæftigede en gradvis forøgelse af stimulation til at opnå submaksimale intervaller. Disse trin blev summeret og gennemsnittet for at bestemme en estimeret størrelse af en enkelt motorenhed potentiale (SMUP). Denne størrelse blev opdelt i CMAP reaktion på estimere antallet af motoriske enheder innerverer musklen, der testes. Efter den oprindelige beskrivelse, utallige variationer ved hjælp af både elektrofysiologiske svar og trinvis kraft (mekaniske) målinger er blevet anvendt i både humane studier og dyremodeller 2. Den Mune teknik blev ændret af Shefner og kolleger til at undersøge musemodeller af amyotrofisk lateral sklerose (ALS) 3, 4.
I den nuværende beskrivelse, vi detalje simplifIED ændringer af Mune teknikker, der er hurtige til at udføre. Vigtigere er det, CMAP og Mune tillade pålidelige målinger i både neonatale og voksne mus 5-8. Erfarne enkeltpersoner kan udføre disse foranstaltninger i 10-20 min pr dyr, og gentagne målinger er mulige, der tillader køb af tidsseriedata 5. I de igangværende undersøgelser, beskæftiger vi en klinisk elektrodiagnostisk system. Det er vores erfaring, er kliniske elektrodiagnostisk systemer er optimeret til hurtig og effektiv indfangning af elektrofysiologiske data in vivo, kan alligevel standard elektrofysiologiske rigge nemt tilpasses til denne anvendelse.
Mune og CMAP er klinisk relevante foranstaltninger hyppigt anvendes i forskningsundersøgelser og kontrol af patienter med neuromuskulære lidelser, såsom ALS og spinal muskulær atrofi (SMA) 9, 10. For eksempel i SMA, CMAP og Mune korrelerer godt med alderen, sværhedsgrad og klinisk foranstaltninger af funktion 10-14. Begge foranstaltninger er minimalt invasive og muliggøre vurdering af funktionen langs i det samme individ. Det er vigtigt, kan disse foranstaltninger ikke måle aktivering eller rekruttering af motorenheden fra corticale motoriske neuroner, men de giver en klinisk relevant vurdering af integriteten af motorneuroner og dets funktionelle modstykke, motorenheden.
Dyremodeller for neuromuskulær sygdom er afgørende for en forståelse af patogene mekanismer af sygdom hos mennesker og til præklinisk udvikling af potentielt effektive terapeutiske midler. Evnen til at omsætte resultatmål og biomarkører, der kan væreudnyttes på tværs af arter kan lette og fremskynde oversættelsen af lovende prækliniske resultater til humane kliniske forsøg. Flere grupper har tidligere udnyttet både elektrofysiologiske og Force (mekanisk) målinger til at estimere motorenheden funktion i musemodeller 2-4, 15-22. På grund af den relative kompleksitet af foranstaltningerne, har vi forfinet disse teknikker i et visuelt format til at tillade mere udbredt anvendelse og implementering i mus. Formatet af video demonstration og instruktion, giver vigtige trin i proceduren for at blive fremhævet og potentielle faldgruber, der skal behandles. Anvendelsen af disse teknikker til præklinisk afprøvning af potentielle behandlinger i motoriske neuron sygdomme kan forbedre oversættelsen af formodede behandlingsformer fra mus til sygdom hos mennesker.
Der er flere kritiske trin i processen med at erhverve de CMAP og Mune svar. Korrekt og konsekvent optagelse elektrode placering og tilstrækkelig elektrode kontakt med hindlemmer er afgørende for reproducerbare måling af amplitude og for at mindske baggrundsstøj. Derfor bør en tæt kontakt mellem bagbenet hud og elektroder konsekvent bekræftet. Vi har fundet, at overfladeelektroder tilbyde mere konsekvente CMAP og Mune optagelser end nåleelektroder. På grund af meget tynde subkutane væv kan små bevægelser af nål optagelse overflade føre til stor variation i CMAP amplituder. Derudover mere invasive karakter af nåleelektroder er ikke optimal for neonatale mus eller longitudinelle studier på grund af potentiel muskel forstyrrelser og skade. En potentiel ulempe ved ikke-selektive, overfladeelektroden optagelser angår muligheden for formindsket fænotype opløsning, hvis en bestemt muskel er mere eller mindre involveret sammenlignet med et andet, og det er blevet rapporteret i en ALS musemodel 21.
Erhvervelse den gennemsnitlige SMUP størrelse er teknisk mere udfordrende i forhold til CMAP. På grund af de mindre response størrelse (i størrelsesordenen μV stedet mV) baggrundsstøjen kan være mere problematisk. Baggrundsstøj kan reduceres ved at justere jordelektroden, katoden, anode og kontrol af andet elektrisk udstyr i nærheden af forsøgsopstillingen. Et Faradays bur, der typisk anvendes til intracellulær elektrofysiologi anvendelser er ikke påkrævet. Visuel bestemmelse af de enkelte SMUP besvarelser er det sværeste dygtighed til at tilegne sig og tager praksis for ensartede resultater med tilstrækkelig repeterbarhed. Det er vigtigt at sikre, at de SMUPs, der bliver optaget initiere inden for varigheden af den maksimale CMAP respons. Vi har defineret kriterierne for godkendelse af individuelle trinvise reaktioner for at gøre denne proces mere ligetil at udføre, og at øge intra- og inter-rater pålidelighed.
Én potentiel ulempe ved den trinvise Mune teknik omfatter muligheden for at overvurdere antallet af funktionelle motoriske enheder på grund af vekslen af motoR-enheder. Vi har anvendt en teknik svarende til Shefner et al. ved, at hvert svar skal reproducerbart set alt 3 gange for at mindske virkningerne af dette fænomen 3.
Det er vores erfaring, er kliniske elektrodiagnostisk systemer optimeret til de undersøgelser, der er beskrevet heri på grund af forbedrede censur-elektrodiagnostisk System Interface ergonomi tillader nem kontrol. De to-kanalsystem udnyttes i vores laboratorium er udstyret med to ikke-switched forstærker kanaler ved hjælp af en forstærker med 24 bit analog til digital konverter og en samplingfrekvens på 48 kHz per kanal. Hardware gevinst kan justeres fra 10nV til 100 mV / division. Den lavfrekvente filter har en rækkevidde fra 0,2 Hz-5 kHz, og de højfrekvente filterindstillinger spænder fra 30 Hz-10 kHz. En konstant strøm stimulator bruges (intensitet: 0-100 mA, varighed: 0,02-1 ms). De fleste kliniske systemer har lignende relevante forhold og kan justeres til på passende registrere CMAP og Mune svar. Endditionally, kan standard elektrofysiologiske rigge samles i tilstrækkelig grad at optage CMAP og Mune, men grænsefladen kan være nødvendigt at blive justeret for at lette stimulering justering og hurtig identifikation af CMAP og SMUP svar.
Vi har tidligere udnyttet de teknikker til CMAP og Mune beskrevet her for at tillade hurtig og reproducerbar vurdering af ischiadicus innerverede muskel i bagbenet hos mus i den tidlige postnatale periode til voksenalderen 5. Disse teknikker gør det muligt vurdering musemodeller, når adfærdsmæssige test for motorisk funktion ikke er muligt eller er mindre pålidelige. Anvendelsen af denne teknik til neonatale mus letter undersøgelse af motorenheden udvikling og har potentiale til at udvide vores forståelse af motor neuron innervation og beskæring. For eksempel har vi vist, at antallet af funktionelle motoriske enheder optaget med Mune vil stige ved beskæring, fra polyneuronal til mononeuronal innervation i den første to ugers af livet i neonatale mus 5. Evnen til at teste mus over lange tidsperioder med denne teknik egner sig til studiet af motorenheden respons på perifer nerveskade, arvelige neuromuskulære lidelser og ældning.
The authors have nothing to disclose.
WDA is supported by grant funding from NIH-NICHD (5K12HD001097-17) and Cure SMA. SJK is supported by grant funding from NINDS (K08NS067282 and U01NS079163).
Pro trimmer Pet Grooming Kit | Oster | 078577-010-003 | clippers for hair removal |
Synergy T2 EMG system | Natus Neurology | Model no longer available | portable electrodiagnostic system |
monopolar needles 28 gauge | Teca | 017K121 | cathode and anode stimulating electrodes |
Alpine Biomed Digital Ring Electrode with twisted wires and 1.5 mm TP connectors. | Alpine Biomed | 9013S0312 | recording electrodes |
Helping Hands alligator clip with iron base | Radio Shack | 64-079 | Maintaining recording electrode placement |
Spectra 360 Electrode Gel | Parker Laboratories | 9013G5012 | applied to reduce skin impedance |
monoject curved tip irrigating syringe | Covidien | 81412012 | utilized for application of electrode gel |
EMG needle cable | Teca | 902-RLC-TP | to connect monopolar electrodes to electrodiagnostic stimulator |
Disposable 2" x 2" Electrode or similar trimmed as needed | Carefusion | 019-415000 | ground electrode |
Small Heating Plate with built-in RTD sensor, 15x10cm | World Precision Instruments | 61830 | warming plate used with animal temperature controller to transmit heat to animal |
Silicone pad for use with ATC2000 | World Precision Instruments | 503573 | conductive removable pad to cover warming plate for easy cleaning |
Animal temperature controller | World Precision Instruments | ATC2000 | low noise animal heating system for maintaining animal temperature |
Veterinarian petroleum-based ophthalmic ointment | Puralube | 26870 | applied during anesthesia to avoid corneal injury |